一种去除乳化液生化出水中总有机碳的方法和装置与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效去除乳化液生化出水中总有机碳的方法和装置。

背景技术：

作为我国的基础产业，钢铁工业自改革开放以来，快速发展，近年来一直处于高速发展阶段，钢年产量增幅在15％～22％。可是钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。

乳化液中主要含有机油和表面活性剂，是用乳化油根据需要用水稀释再加入乳化剂配制而成的。乳化液废水其特点是品种繁多，总有机碳和含油量浓度高，废水处理难度大。

本发明的目的就是根据乳化液生化出水的水质水量情况，开发去除乳化液废水总有机碳的工艺和装置。本发明以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。

技术实现要素：

为了解决乳化液生化出水环境污染问题，本发明提供了去除一种乳化液生化出水总有机碳的处理系统。

本发明一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法技术方案如下：

一种去除乳化液生化出水中总有机碳的方法，其特征在于，所述方法使用双层高效催化反应塔，所述双层高效催化反应塔从底部至顶部顺序设置分布器、催化剂层、中间水层及顶部催化吸附剂层，

乳化液生化出水和臭氧分别通过管道，经分布器形成均匀的分布水流和气流，分别从双层高效催化反应塔底部流向顶部，

乳化液生化出水和臭氧先进入双层高效催化反应塔底部催化剂层，所述底部催化剂层设置有第一催化剂支撑板和第一填料压板，在第一催化剂支撑板和第一填料压板之间放置用于去除生化出水中总有机碳的负载型两元络合分子筛催化 剂，所述负载型两元络合分子筛催化剂为以三氧化二铝载体为载体、比表面积为123～155m²/g的催化剂，

然后乳化液生化出水和臭氧通过双层高效催化反应塔中间水层进入顶部催化吸附剂层，

顶部催化吸附剂层设有第二催化剂支撑板和第二填料压板，在第二催化剂支撑板和第二填料压板之间放置负载型锰基活性炭催化剂，所述负载型锰基活性炭催化剂的活性炭粒径为1～3mm，且以硝酸锰溶液浸泡过，

然后乳化液生化出水通过出水口排放，气体通过双层高效催化反应塔上部的出气口排放。

根据本发明，出气口内有臭氧淬灭装置，保证气体安全有效排放。

根据本发明所述一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，所述乳化液生化出水是指经过缺氧和好氧生化池处理后的废水，所述乳化液生化出水的水质pH为6～9，总有机碳为37～63mg/L。

根据本发明所述一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，所述分布器开孔率为35～55％，孔眼半径为20～35mm。

根据本发明所述一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，双层高效催化反应塔中底部催化剂层、中间水层、顶部催化吸附剂层分别占反应塔有效体积的45-50％，10-15％，40-50％。

优选的是，双层高效催化反应塔中底部催化剂层、中间水层、顶部催化吸附剂层分别占反应塔有效体积的45％，10％，45％。

根据本发明一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，所述负载型两元络合分子筛催化剂的制备方法如下：

1)载体的筛选和清洗：选取比表面积为123～155m²/g的三氧化二铝载体，在浓盐酸内搅拌后，清水清洗，干燥，冷却后备用；

2)混合溶液的配制：将3.5～5.5mol/L钼酸铵溶液、2.1～3.2mol/L硝酸铜溶液按照体积比3-3.1：2-2.1：2混合，超声波震荡混合后，调节溶液PH为9，形成混合溶液；

3)载体浸泡：将三氧化二铝载体浸泡在所述混合溶液，取出，晾干；

4)高温烧结：在660-675℃,恒温焙烧4-5小时后自然冷却,制备得到三氧化二铝载体为载体的催化剂。

根据本发明，在步骤1)载体的筛选和清洗：

三氧化二铝载体在浓盐酸内搅拌40～60min，取出后用清水清洗3～6次，然后在鼓风干燥箱中烘干2-3小时，冷却后备用。

根据本发明，在步骤2)混合溶液的配制：

超声波震荡混合10～20min，然后滴加浓氨水调节溶液PH为9，形成混合溶液。

根据本发明，本发明的负载型两元络合分子筛催化剂与臭氧结合产生大量的活性基团，可充分高效降解乳化液生化出水中的总有机碳，将其转化为二氧化碳和水。

然后乳化液生化出水通过中间水层进入顶部催化吸附剂层。中间水层的使底部催化剂层和顶部催化吸附剂层相互隔开，起到缓冲的作用。

根据本发明所述一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法的所述负载型两元络合分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤3)载体浸泡：

将三氧化二铝载体按固液比1：7～10浸泡在配制好的混合溶液中780～1200min，然后将三氧化二铝载体取出，在室温下晾干。

根据本发明所述一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法的所述负载型两元络合分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤4)高温烧结：将三氧化二铝载体放在115℃条件的加热炉中恒温2小时后，再以4℃/min升温至660-675℃,进行恒温焙烧。

根据本发明一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，所述负载型锰基活性炭催化剂的制备如下：

1)活性炭筛选和活化：选取粒径为1～3mm的活性炭颗粒。将活性炭颗粒放在去离子水中煮沸至100℃，恒温30～50min，冷却后备用。

2)恒温干燥：将冷却后的活性炭在60℃的恒温干燥箱中恒温烘干4～6小时；

3)载体浸泡：将活性炭按固液比1：3-3.5浸泡在硝酸锰溶液中，浸泡时间为12～24小时，然后去掉上清液，去离子水清洗，干燥。

4)恒温烧制：将活性炭体放在110℃条件的加热炉中恒温5-6小时，然后自然冷却,制备得到负载型锰基活性炭催化剂。

优选的是，在步骤1)，活性炭颗粒放在恒温30～50min，冷却后过滤，重复2次。

优选的是，在步骤3)，去掉上清液，去离子水清洗2-3次。

根据本发明一种去除乳化液生化出水总有机碳的方法，其特征在于，经过上 述步骤，所述乳液液生化出水中的总有机碳得到有效的去除，最终出水水质pH为6～9，总有机碳为5～11mg/L。

一种去除乳化液生化出水中总有机碳的装置，其特征在于，所述方法使用双层高效催化反应塔，所述双层高效催化反应塔从底部至顶部顺序设置分布器、催化剂层、中间水层及顶部催化吸附剂层，

乳化液生化出水和臭氧分别通过管道，经分布器形成均匀的分布水流和气流，分别从双层高效催化反应塔底部流向顶部，

乳化液生化出水和臭氧先进入双层高效催化反应塔底部催化剂层，所述底部催化剂层设置有第一催化剂支撑板和第一填料压板，在第一催化剂支撑板和第一填料压板之间放置用于去除生化出水中总有机碳的负载型两元络合分子筛催化剂，

然后乳化液生化出水和臭氧通过双层高效催化反应塔中间水层进入顶部催化吸附剂层，

顶部催化吸附剂层设有第二催化剂支撑板和第二填料压板，在第二催化剂支撑板和第二填料压板之间放置负载型锰基活性炭催化剂，

然后乳化液生化出水通过出水口排放，气体通过双层高效催化反应塔上部的出气口排放。

本发明提出了去除乳液生化出水中总有机碳技术方案，系统解决了乳化液生化出水排放污染环境的问题。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1为去除乳液生化出水中总有机碳工艺和装置图，包括双层高效催化反应塔1、臭氧进气口2、废水进水口3、废水分布器4、底部催化剂层5、负载型两元络合分子筛催化剂6、中间水层7、顶部催化吸附剂层8、负载型锰基活性炭催化剂9、废水出水口10、臭氧出气口11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

实施例1：

一种去除一种乳化液生化出水总有机碳的工艺系统，包括双层高效催化反应 塔、臭氧进气口、进水口、分布器、底部催化剂层、负载型两元络合分子筛催化剂、中间水层、顶部催化吸附剂层、负载型锰基活性炭催化剂、出水口、出气口。

所述乳化液生化出水是指经过缺氧和好氧生化池处理后的废水。所述乳化液生化出水的水质pH为7.9，总有机碳为62mg/L。

所述乳化液生化出水通过提升泵从废水进水口进入双层高效催化反应塔。臭氧通过管道从双层高效催化反应塔进入反应塔，水气都是从底部流向顶部。乳化液生化出水和臭氧通过分布器均匀的分布水流和气流，分布器中开孔率为50％，孔眼半径为26mm。双层高效催化反应塔中底部催化剂层、中间水层、顶部催化吸附剂层分别占反应塔有效体积的45％，10％，45％。

乳化液生化出水先进入底部催化剂层，底部催化剂层有催化剂支撑板和填料压板，在支撑板和填料压板之间放置负载型两元络合分子筛催化剂。

负载型两元络合分子筛催化剂针对乳化液生化出水的特点开发，可高效去除生化出水中总有机碳。催化剂的制备：1)载体的筛选和清洗：选取半径为2.0mm、比表面积为142m²/g的三氧化二铝载体。三氧化二铝载体在28％的浓盐酸内，搅拌55min，取出后用清水清洗5次，然后在105℃鼓风干燥箱中烘干3小时，冷却后备用。2)混合液的配制：将4.5mol/L钼酸铵溶液、2.7mol/L硝酸铜溶液按照体积比3：2：2混合，超声波震荡混合15min，然后滴加浓氨水调节溶液PH为9，形成混合溶液。3)载体浸泡：将三氧化二铝载体按固液比1：8浸泡在配制好的混合溶液中980min，然后将三氧化二铝载体取出，在室温下晾干。4)高温烧结：将三氧化二铝载体放在115℃条件的加热炉中恒温2小时，再以4℃/min升温至675℃,恒温焙烧5小时，然后自然冷却,制备得到三氧化二铝载体为载体的催化剂。本发明的负载型两元络合分子筛催化剂与臭氧结合产生大量的活性基团，可充分高效降解乳化液生化出水中的总有机碳，将其转化为二氧化碳和水。

然后乳化液生化出水通过中间水层进入顶部催化吸附剂层。中间水层的使底部催化剂层和顶部催化吸附剂层相互隔开，起到缓冲的作用。

经过中间水层后，乳化液生化出水进入顶部催化吸附剂层。顶部催化吸附剂层也有有支撑板和填料压板，在支撑板和填料压板之间放置活性炭催化剂。本发明的活性炭催化剂是针对乳化液生化出水的特点特别制备的的制备。负载型锰基活性炭催化剂不仅有进一步氧化总有机碳的功能而且还可以吸附总有机碳。

负载型锰基活性炭催化剂的制备：1)活性炭筛选和活化：选取粒径为1.8mm的活性炭颗粒。将活性炭颗粒放在去离子水中煮沸至100℃，恒温35min，冷却 后过滤，重复2次，冷却后备用。2)恒温干燥：将冷却后的活性炭在60℃的恒温干燥箱中恒温烘干5小时3)载体浸泡：将活性炭按固液比1：3浸泡在硝酸锰溶液中，浸泡时间为22小时，然后去掉上清液用去离子水清洗2次，干燥。5)恒温烧制：将活性炭体放在110℃条件的加热炉中恒温5小时，然后自然冷却,制备得到负载型锰基活性炭催化剂。

然后乳化液生化出水通过出水口排放，气体通过双层高效催化反应塔上部的出气气口排放，出气口内有臭氧淬灭装置，保证气体安全有效排放。

经过整个工艺处理后，所述乳液液生化出水中的总有机碳得到有效的去除，最终出水水质pH为8.1，总有机碳为9mg/L。

实施例2：

一种去除一种乳化液生化出水总有机碳的工艺系统，包括双层高效催化反应塔、臭氧进气口、进水口、分布器、底部催化剂层、负载型两元络合分子筛催化剂、中间水层、顶部催化吸附剂层、负载型锰基活性炭催化剂、出水口、出气口。

所述乳化液生化出水是指经过缺氧和好氧生化池处理后的废水。所述乳化液生化出水的水质pH为7.5，总有机碳为49mg/L。

所述乳化液生化出水通过提升泵从废水进水口进入双层高效催化反应塔。臭氧通过管道从双层高效催化反应塔进入反应塔，水气都是从底部流向顶部。乳化液生化出水和臭氧通过分布器均匀的分布水流和气流，分布器中开孔率为50％，孔眼半径为30mm。双层高效催化反应塔中底部催化剂层、中间水层、顶部催化吸附剂层分别占反应塔有效体积的45％，10％，45％。

乳化液生化出水先进入底部催化剂层，底部催化剂层有催化剂支撑板和填料压板，在支撑板和填料压板之间放置负载型两元络合分子筛催化剂。

负载型两元络合分子筛催化剂针对乳化液生化出水的特点开发，可高效去除生化出水中总有机碳。催化剂的制备：1)载体的筛选和清洗：选取半径为3.0mm、比表面积为140m²/g的三氧化二铝载体。三氧化二铝载体在28％的浓盐酸内，搅拌60min，取出后用清水清洗6次，然后在105℃鼓风干燥箱中烘干3小时，冷却后备用。2)混合液的配制：5.1mol/L钼酸铵溶液、3.1mol/L硝酸铜溶液按照体积比3：2：2混合，超声波震荡混合14min，然后滴加浓氨水调节溶液PH为9，形成混合溶液。3)载体浸泡：将三氧化二铝载体按固液比1：10浸泡在配制好的混合溶液中1100min，然后将三氧化二铝载体取出，在室温下晾干。4)高温烧结：将三氧化二铝载体放在115℃条件的加热炉中恒温2小时，再以4℃ /min升温至675℃,恒温焙烧5小时，然后自然冷却,制备得到三氧化二铝载体为载体的催化剂。本发明的负载型两元络合分子筛催化剂与臭氧结合产生大量的活性基团，可充分高效降解乳化液生化出水中的总有机碳，将其转化为二氧化碳和水。

然后乳化液生化出水通过中间水层进入顶部催化吸附剂层。中间水层的使底部催化剂层和顶部催化吸附剂层相互隔开，起到缓冲的作用。

经过中间水层后，乳化液生化出水进入顶部催化吸附剂层。顶部催化吸附剂层也有有支撑板和填料压板，在支撑板和填料压板之间放置活性炭催化剂。本发明的活性炭催化剂是针对乳化液生化出水的特点特别制备的的制备。负载型锰基活性炭催化剂不仅有进一步氧化总有机碳的功能而且还可以吸附总有机碳。

负载型锰基活性炭催化剂的制备：1)活性炭筛选和活化：选取粒径为1mm的活性炭颗粒。将活性炭颗粒放在去离子水中煮沸至100℃，恒温35min，冷却后过滤，重复2次，冷却后备用。2)恒温干燥：将冷却后的活性炭在60℃的恒温干燥箱中恒温烘干5小时3)载体浸泡：将活性炭按固液比1：3浸泡在硝酸锰溶液中，浸泡时间为16小时，然后去掉上清液用去离子水清洗2次，干燥。5)恒温烧制：将活性炭体放在110℃条件的加热炉中恒温5小时，然后自然冷却,制备得到负载型锰基活性炭催化剂。

然后乳化液生化出水通过出水口排放，气体通过双层高效催化反应塔上部的出气气口排放，出气口内有臭氧淬灭装置，保证气体安全有效排放。

经过整个工艺处理后，所述乳液液生化出水中的总有机碳得到有效的去除，最终出水水质pH为7.7，总有机碳为6mg/L。

综上所述，本发明的去除一种乳化液生化出水总有机碳的技术系统，一次性投资低，运行操作简单，是环境友好型的钢铁废水绿色环保处理工艺。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。